CN113666724A - 应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法 - Google Patents
应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113666724A CN113666724A CN202010414630.9A CN202010414630A CN113666724A CN 113666724 A CN113666724 A CN 113666724A CN 202010414630 A CN202010414630 A CN 202010414630A CN 113666724 A CN113666724 A CN 113666724A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zirconia
- alumina
- ceramic substrate
- composite ceramic
- alumina composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 71
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 16
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 25
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000011268 mixed slurry Substances 0.000 claims description 11
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 8
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 8
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 7
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 5
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 3
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims description 3
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 3
- HVXCTUSYKCFNMG-UHFFFAOYSA-N aluminum oxygen(2-) zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[Zr+4].[Al+3] HVXCTUSYKCFNMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- -1 ether ester Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000010296 bead milling Methods 0.000 claims 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 235000019463 artificial additive Nutrition 0.000 abstract 1
- 238000009740 moulding (composite fabrication) Methods 0.000 abstract 1
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 5
- LAZOHFXCELVBBV-UHFFFAOYSA-N [Mg].[Ca].[Si] Chemical compound [Mg].[Ca].[Si] LAZOHFXCELVBBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 description 4
- 229940043430 calcium compound Drugs 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
- C04B35/111—Fine ceramics
- C04B35/117—Composites
- C04B35/119—Composites with zirconium oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
- H01L23/14—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the material or its electrical properties
- H01L23/15—Ceramic or glass substrates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
- C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
- C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
- C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
- C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
Abstract
本发明提出了一种应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板，将氧化铝、氧化锆及自制合成的添加助剂三种起始粉体，在室温下，于有机溶剂中，进行球磨混合分散，再经调制浆料步骤、除气步骤、生胚成型步骤、冲片步骤、计算步骤及烧结步骤等步骤所制得，而具备优异三点抗折强度＞600MPa机械性能、热传导率＞26W/mK、绝缘特性＞1014Ω·cm与低表面漏电流(150℃)＜200nA等热电性质者。
Description
技术领域
本发明系有关一种氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法，特别是指混合氧化铝、氧化锆及自制合成的添加助剂等粉体，经多道步骤，制得具备优异三点抗折强度＞600MPa机械性能、热传导率＞26W/mK、绝缘特性＞1014Ω·cm与低表面漏电流(150℃)＜200nA等热电性质的氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板。
背景技术
随着电子组件的快速开发，组件基板明显朝向轻、薄、短小的趋势发展，使得过去长期以来使用的氧化铝陶瓷基板，在逐步轻薄化的同时，材料本身的机械强度特性已逐渐无法负荷。
传统氧化铝陶瓷基板是以纯度达99.95％以上的氧化铝与100ppm以下的氧化钙(Calcia)或氧化镁(Magnesia)等组成物烧结而成。然而，随着大面积尺寸组件的薄型化制程的发展，氧化铝陶瓷基板的机械特性相对大幅降低，而无法再提供后续相关溅镀、蚀刻及电镀等制程的操作，甚至无法满足产品组件的薄型化需求。
长期以来，氧化铝基板被广泛用于作为搭载半导体晶圆的绝缘基板，但随着半导体多任务的需求，半导体晶圆常需进行高电压与高电流的通电，传统氧化铝基板显然无法符合高强度与高导热性的要求。虽然有业者提出以氧化铝为主要成份，于添加一定量的氧化锆、氧化钇等添加剂，再经过高温烧结后，号称可以制得弯曲强度达到400MPa的基板。然而，基板要同时达到高强度与高导热系数有相当难度，原因在于高强度基板要获得高导热系数时，需使氧化铝的结晶粒子成长，以减少造成导热障碍的晶界玻璃层，但氧化铝结晶粒子成长时容易发生异常晶粒同时生长，导致基板的强度相对降低。
有鉴于此，本发明人乃开始进行研究，经长时研究改进，终有本发明产生。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法，系制得氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)和烧结助剂(MCS)构成的氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板。
依本发明应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法，所制得的氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板系包括由微米氧化铝粒子所形成的矩阵(matrix)相，与由分散在矩阵相中的次微米氧化锆粒子所形成的第二相，以及预先煅烧合成的烧结助剂，为本发明的次一目的。
依本发明的应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法，所述分散在氧化铝粒子矩阵相中的氧化锆粒子，于正方晶氧化锆构成的含量中含有作为安定剂的三氧化二钇，为本发明的再一目的。
依本发明应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法，所述烧结助剂系由氧化钙、二氧化硅与氧化镁依一定比例珠磨混合干燥后进行煅烧，以产生硅镁钙化合物；藉由烧结助剂添加于氧化锆－氧化铝复合陶瓷材料中，可使氧化铝粒子周围含有一定硅镁钙比例，以达到降低氧化锆－氧化铝复合陶瓷烧结温度与提升烧结微结构均匀性，为本发明的又一目的。
依本发明的应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法，所制得的氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板可具备优异三点抗折强度＞600MPa机械性能、热传导率＞26W/mK、绝缘特性＞1014Ω·cm与低表面漏电流(150℃)＜200nA等热电性质，为本发明的又一目的。
至于本发明的详细构成，应用原理，作用与功效，则请参照下列依附图所作的说明即可得到完全了解。
附图说明
图1为本发明氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板的制造流程图。
附图标记说明：
100：球磨步骤
200：调制浆料步骤
300：除气步骤
400：生胚成型步骤
500：冲片步骤
600：计算步骤
700：烧结步骤
具体实施方式
本发明应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法，依本发明的制造方法所制得的氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板，是由氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)和预制合成的烧结助剂(MCS)所构成。
本发明应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法，如图1所示，其制造流程包括：
球磨步骤100：是使用粉体中位粒径为0.70～3.0μm的氧化铝、粉体中位粒径为0.20～0.80μm的氧化锆以及预制合成的粉体中位粒径为0.30～1.5μm的烧结助剂等三种起始粉体，在室温下，于有机溶剂中，进行球磨混合分散；
调制浆料步骤200：调制重量百分比为1～15wt.％的氧化锆、重量百分比为0.01～5.0wt.％的烧结助剂以及其余为氧化铝的混合浆料；
除气步骤300：将混合浆料进行除气脱泡，直至浆料黏度达到8000～30000cps的设定范围值；
生胚成型步骤400：对黏度达到8000～30000cps的混合浆料进行刮刀成形，制得厚度为0.12～1.10mm的生胚卷；
冲片步骤500：对氧化锆－铝复合生胚卷进行冲片；
计算步骤600：该生胚外径尺寸以预先测试烧结收缩率计算冲片生胚尺寸达227×168mm；
烧结步骤700：将227×168mm尺寸的生胚胚片，通过高温炉，以温度1560～1660℃，将其烧成尺寸为7.5吋×5.5吋，厚度为0.1～0.9mm，最佳为0.32mm的氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板。
本发明应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法，经由该制造方法所制得的氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板，系包括由微米氧化铝粒子所形成的矩阵(matrix)相，与由分散在矩阵相中的次微米氧化锆粒子所形成的第二相及添加预先煅烧合成的烧结助剂。矩阵相的氧化铝粒子是以矩阵相为主，分散在矩阵相中的氧化锆粒子其由正方晶氧化锆构成的含量中，含有作为安定剂的三氧化二钇(Y2O3)。
该制造流程中，所添加预先煅烧合成的烧结助剂，是由氧化钙、二氧化硅与氧化镁依一定比例(例如氧化钙为0.8～8.8％、二氧化硅为56.7～61.7％、氧化镁为32.5～37.5％)珠磨混合干燥后，以温度850～1250℃进行煅烧，以产生硅镁钙化合物，确保添加于氧化锆－氧化铝复合陶瓷中的均匀性，使得氧化铝粒子周围含有一定比例(例如含量＞0.1wt.％以上)的硅镁钙，以达到降低氧化锆－氧化铝复合陶瓷烧结温度与提升烧结微结构均匀性。
本发明应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法，于制造氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板的过程中，所添加自制合成的添加助剂(MCS)，又可为氧化钙、二氧化硅和氧化镁依一定比例搭配氧化锆球石进行珠磨分散混合，待分散混合均匀的浆料进行烘箱干燥，然后以高温炉进行高温煅烧合成。
本发明应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法，其有机化学黏结剂是以溶剂性聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl butyral，PVB)，醚酯当塑化剂，以适量界面活性剂当分散剂。
本发明应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板，经由上述制备方法，通过少量的硅镁钙烧结助剂均匀比例分散在氧化铝粒子间，不仅达到降低烧结温度，亦可避免氧化铝异常晶粒成长而造成强度下降，以及避免过多的玻璃相存在氧化铝晶界间造成热传导率下降。因此，制得的氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板，可达到以下性能：
1.具有优异三点抗折强度＞600MPa机械性能。
2.热传导率＞26W/mK。
3.绝缘特性＞1014Ω·cm。
4.低表面漏电流(150℃)＜200nA。
综上所述，本发明应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制备方法，依其方法所制得的氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板，其特性明显优于传统氧化铝陶瓷基板，可达到基板后制程操作的可靠性与终端产品组件的稳定性要求的目的与功效，而符合发明专利要件，爰依法提出发明专利的申请。
惟以上所述乃是本发明较佳具体的实施例，若依本发明的构想所作的改变，其产生的功能作用，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的范围内，合予陈明。
Claims (12)
1.一种应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板的制造方法，其特征在于，制造步骤包括：
球磨步骤：分别将粉状氧化铝、粉状氧化锆及添加助剂，在室温下，于有机溶剂中，进行球磨混合分散；
调制浆料步骤：依预定质量比例调制氧化铝/氧化锆/烧结助剂的混合浆料；
除气步骤：将混合浆料进行除气脱泡，直至浆料黏度达设定范围值；
生胚成型步骤：进行刮刀成形，以制得预定厚度的生胚卷；
冲片步骤：对氧化锆－铝复合成的生胚卷进行冲片；
计算步骤：以预先测试烧结收缩率计算冲片生胚尺寸；
烧结步骤：将该冲片步骤得到的胚片通过高温炉使其烧成氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板。
2.如权利要求1所述的应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板的制造方法，其特征在于，所述氧化铝的粉体中位粒径为0.7～3.0μm；氧化锆的粉体中位粒径为0.2～0.80μm；烧结助剂的粉体中位粒径为0.3～1.5μm。
3.如权利要求1所述的应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板的制造方法，其特征在于，所述混合浆料包括重量百分比为1～15wt.％的氧化锆、重量百分比为0.01～5.0wt.％的烧结助剂以及其余为氧化铝。
4.如权利要求3所述的应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板的制造方法，其特征在于，所述混合浆料的黏度为8000～30000cps。
5.如权利要求4所述的应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板的制造方法，其特征在于，所述烧结步骤将227×168mm尺寸的生胚胚片，以温度1560～1660℃，烧成尺寸为7.5吋×5.5吋，厚度为0.1～0.9mm，最佳为0.32mm的氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板。
6.如权利要求1所述的应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板的制造方法，其特征在于，包括由微米氧化铝粒子所形成的矩阵相，与由分散在矩阵相中的次微米氧化锆粒子所形成的第二相及添加预先煅烧合成的烧结助剂；矩阵相的氧化铝粒子是以矩阵相为主，分散在矩阵相中的氧化锆粒子其由正方晶氧化锆构成的含量中，含有作为安定剂的三氧化二钇。
7.如权利要求1所述的应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板的制造方法，其特征在于，预先煅烧合成的烧结助剂系由氧化钙、二氧化硅与氧化镁，依氧化钙为0.8～8.8％、二氧化硅为56.7～61.7％、氧化镁为32.5～37.5％的比例，珠磨混合干燥后，进行煅烧产生硅镁钙化合物，确保添加于氧化锆－氧化铝复合陶瓷中的均匀性，使得氧化铝粒子周围含有一定比例的硅镁钙，以达到降低氧化锆－氧化铝复合陶瓷烧结温度与提升烧结微结构均匀性。
8.如权利要求1所述的应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板的制造方法，其特征在于，添加助剂是由氧化钙、二氧化硅和氧化镁依一定比例搭配氧化锆球石进行珠磨分散混合，待分散混合均匀的浆料进行烘箱干燥，然后以高温炉进行高温煅烧合成。
9.如权利要求1所述的应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板的制造方法，其特征在于，有机化学黏结剂是以溶剂性聚乙烯醇缩丁醛，醚酯当塑化剂，以适量界面活性剂当分散剂。
10.一种应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板的制造方法，其特征在于，其制造流程包括：
球磨步骤：系使用粉体中位粒径为0.7～3.0μm的氧化铝、粉体中位粒径为0.20～0.80μm的氧化锆以及预制合成的粉体中位粒径为0.3～1.5μm的烧结助剂等三种起始粉体，在室温下，于有机溶剂中，进行球磨混合分散；
调制浆料步骤：调制重量百分比为1～15wt.％的氧化锆、重量百分比为0.01～5.0wt.％的烧结助剂以及其余为氧化铝的混合浆料；
除气步骤：将混合浆料进行除气脱泡，直至浆料黏度达到8000～30000cps的设定范围值；
生胚成型步骤：对黏度达到8000～30000cps的混合浆料进行刮刀成形，制得厚度为0.12～1.1mm的生胚卷；
冲片步骤：对氧化锆-铝复合生胚卷进行冲片；
计算步骤：该生胚外径尺寸以预先测试烧结收缩率计算冲片生胚尺寸达227×168mm；
烧结步骤：将227×168mm尺寸的生胚胚片，通过高温炉，以温度1560～1660℃，将其烧成尺寸为7.5吋×5.5吋，厚度为0.1～0.9mm的氧化锆-氧化铝复合陶瓷基板。
11.如权利要求10所述的应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板的制造方法，其特征在于，烧结步骤所得的氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板的最佳厚度为0.32mm。
12.一种应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板，其特征在于，依权利要求1项至第11项中任一项的制造方法所制得，而具备三点抗折强度大于600MPa机械性能、热传导率大于26W/mK、绝缘特性大于1014Ω·cm与低表面漏电流小于200nA的热电性质。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010414630.9A CN113666724A (zh) | 2020-05-15 | 2020-05-15 | 应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010414630.9A CN113666724A (zh) | 2020-05-15 | 2020-05-15 | 应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113666724A true CN113666724A (zh) | 2021-11-19 |
Family
ID=78537784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010414630.9A Pending CN113666724A (zh) | 2020-05-15 | 2020-05-15 | 应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113666724A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115656283A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-01-31 | 浙江百岸科技有限公司 | 一种自放热的氮氧传感器保护层浆料及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102503382A (zh) * | 2011-11-04 | 2012-06-20 | 东莞市凯昶德电子科技股份有限公司 | LED散热基板用Al2O3陶瓷材料 |
| WO2014103465A1 (ja) * | 2012-12-25 | 2014-07-03 | ニッコー株式会社 | アルミナ質基板及び半導体装置用基板 |
| CN105948723A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-09-21 | 华中科技大学 | 一种氧化铝微波介质陶瓷及其制备方法 |
| CN107117946A (zh) * | 2017-05-03 | 2017-09-01 | 中国振华集团云科电子有限公司 | 99.6% Al2O3陶瓷基片减薄方法 |
| CN109336565A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-02-15 | 焦作市德邦科技有限公司 | 一种氧化锆增韧氧化铝耐磨陶瓷的制备方法 |
| CN110330317A (zh) * | 2019-07-23 | 2019-10-15 | 南充三环电子有限公司 | 一种氧化锆复合氧化铝陶瓷烧结体、其制备方法及应用 |
-
2020
- 2020-05-15 CN CN202010414630.9A patent/CN113666724A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102503382A (zh) * | 2011-11-04 | 2012-06-20 | 东莞市凯昶德电子科技股份有限公司 | LED散热基板用Al2O3陶瓷材料 |
| WO2014103465A1 (ja) * | 2012-12-25 | 2014-07-03 | ニッコー株式会社 | アルミナ質基板及び半導体装置用基板 |
| CN105948723A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-09-21 | 华中科技大学 | 一种氧化铝微波介质陶瓷及其制备方法 |
| CN107117946A (zh) * | 2017-05-03 | 2017-09-01 | 中国振华集团云科电子有限公司 | 99.6% Al2O3陶瓷基片减薄方法 |
| CN109336565A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-02-15 | 焦作市德邦科技有限公司 | 一种氧化锆增韧氧化铝耐磨陶瓷的制备方法 |
| CN110330317A (zh) * | 2019-07-23 | 2019-10-15 | 南充三环电子有限公司 | 一种氧化锆复合氧化铝陶瓷烧结体、其制备方法及应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王迎军: "《新型材料科学与技术 无机材料卷 上》" * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115656283A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-01-31 | 浙江百岸科技有限公司 | 一种自放热的氮氧传感器保护层浆料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110330317B (zh) | 一种氧化锆复合氧化铝陶瓷烧结体、其制备方法及应用 | |
| US11858850B2 (en) | High-strength zirconia-alumina composite ceramic substrate applied to semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP6942929B2 (ja) | 窒化ケイ素焼結体製造のためのテープキャスティング用スラリー組成物 | |
| KR102062358B1 (ko) | 적층 구조체, 반도체 제조 장치용 부재 및 적층 구조체의 제조 방법 | |
| JP6591455B2 (ja) | 高熱伝導性窒化珪素焼結体、それを用いた窒化珪素基板および窒化珪素回路基板並びに半導体装置 | |
| EP1582509B1 (en) | Dense cordierite based sintered body | |
| JP2013032265A (ja) | 半導体装置用アルミナジルコニア焼結基板及びその製造方法 | |
| CN111393151A (zh) | 一种掺杂氧化锆的氧化铝陶瓷基板及其制备工艺 | |
| CN110330332B (zh) | 一种无烧结助剂低温烧结压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| JP4951753B2 (ja) | 炭化ケイ素焼結体の製造方法 | |
| JP2013056809A (ja) | 黒色ジルコニア強化アルミナセラミックスおよびその製造方法 | |
| CN107365155B (zh) | 一种氮化铝陶瓷的低温烧结助剂体系 | |
| CN113666724A (zh) | 应用于半导体装置的高强度氧化锆－氧化铝复合陶瓷基板及其制造方法 | |
| JP6284609B2 (ja) | 窒化アルミニウム焼結体 | |
| JP2001089245A (ja) | セラミックグリーンシート用スラリー組成物及びセラミックグリーンシート | |
| KR20190032966A (ko) | 질화규소 소결체 제조를 위한 테이프 캐스팅용 슬러리 조성물 | |
| JPS58145659A (ja) | 焼結性フルオライト・オキシド・セラミツク | |
| JP5438345B2 (ja) | 焼成用治具 | |
| KR20210119009A (ko) | 세라믹 복합체 및 그 제조방법 | |
| KR20210036141A (ko) | 질화알루미늄 소결체 및 질화알루미늄 소결체의 제조방법 | |
| TWI761821B (zh) | 應用於半導體裝置之高強度氧化鋯 一 氧化鋁複合陶瓷基板及其製造方法 | |
| KR20190023485A (ko) | 질화알루미늄 소결체 및 이의 제조방법 | |
| CN111484333A (zh) | 一种兼具高热导率和高强度的氮化铝陶瓷及其制备方法 | |
| JP2015147722A (ja) | 積層体、積層体の製造方法及び粉末の製造方法 | |
| JP3537241B2 (ja) | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20211119 |